ترمودینامیك(مهندسی شیمی و مكانیك،شیمی و فیزیك)

[rahelehr]

خیلی ساده می خوام اینجا حرف بزنم ـ نه اونطور كه فقط اونایی كه می دونن ترمودینامیك چیه ازش سر در بیارن

یادش بخیر استادمون (كه واقعا در این رشته مرتبه ی استادی داشت) فقط یك جلسه در مورد خود ترمودینامیك توضیح داده بود ... یادمه می گفت كه این علم علم مقدسیه .. چون قوانینی داره كه از طبیعت گرفته شده و می شه به این قوانین قسم خورد :arrow: (همونطور كه خدا به آسمان و زمین در قرآن قسم خورده) ...

یكی از وجوه مشترك دانشجویان مكانیك و شیمی محض و كاربردی و مهندسی شیمی همین درس ترمودینامیكه..البته با كمی تفاوت ( در تقسیم بندی فصل ها و نام درس ارائه شده) ... مهم اینه كه در مورد قوانینش كاملا بحث شده ...
واقعا درس بسیار شیرین و قشنگیه ...
حالا بیشتر باهاش آشنا می شیم ...

نظراتتون قطعا دلگرم كننده است
شاد باشین

[rahelehr]

ترمودینامیک از دو کلمه‌ی یونانی thermos به معنی گرما (Heat) و dynamis به معنی قدرت (Power) تشکیل شده است. ترمودینامیک یکی از شاخه‌های علم فیزیک است که به بررسی اثر تغییرات دما، فشار و حجم در ابعاد ماکروسکوپیک (ابعاد قابل اندازه‌گیری) و به طور کلی ترمودینامیک به مطالعه‌ی جابه‌جایی انرژی و چگونگی این جابه‌جا می‌پردازد.
شروع تاریخ علم ترمودینامیک به فیزیکدان- شیمیدان معروف ایرلندی، رابرت بویل (Robert Boyle) بر می‌گردد که همراه با دانشمند انگلیسی، رابرت هوک (Robert Hooke) پمپ هوا را اختراع کردند که در نهایت باعث بدست آمدن قانون گازهای ایده‌آل (PV=nRT) شد. پدر علم ترمودینامیک سادی کارنوت (Sadi Carnot) است که در سال 1824 کتاب Reflections on the Motive Power of Fire را منتشر کرد. اولین کتاب درسی ترمودینامیک هم توسط ویلیام رانکین (William Rankine)، پرفسور مهندسی عمران و مکانیکِ دانشگاه گلاسگو در سال 1859 نوشته شد.
در علم ترمودیناکی چهار قانون وجود دارند که تمامی مسائل و مشکلات این علم توسط همین چهار قانون حل می‌شوند!
-------------
ادامه در پست بعدی :arrow:

از مدیریت محترم خواهش می كنم عنوان تاپیك را به ترمودینامیك(مهندسی شیمی و مكانیك،شیمی و فیزیك) تغییر دهند.چون متاسفانه فراموش كرده بودم فیزیك را نیز رشته هایی كه ترمودینامیك در آن نقش دارد ، اضافه كنم
با تشكر

[rahelehr]

قانون صفرم
(Zeroth law)

برای هیچ یک از ما شکی وجود ندارد هنگامی که یک لیوان آب جوش را در یک ظرف بزرگتر آب سرد قرار می دهیم، پس از گذشت زمان لازم دمای آب درون لیوان و آب بیرون آن - درون ظرف بزرگتر - یکسان می شود. اینگونه بنظر می آید که میان دو منبع - منظور لیوان آب جوش و ظرف آب سرد - مفهومی بنام گرما به حرکت در می آید و از جایی که بیشتر است به سمت جایی که کمتر است حرکت می کند تا به تعادل گرمایی برسند.

مثال دیگر آنکه هنگامی که یک لیوان آب یخ را بدست میگیرد بوضوح احساس می کنید چیزی - بنام گرما - از دست شما به سمت لیوان جاری می شود و ضمن سرد کردن دست شما به گرم کردن لیوان مشغول می شود. نمونه معکوس حالتی است که شما یک لیوان چای داغ را در درست می گیرد. در هر دو مورد اگر لیوان ها را برای مدت طولانی در دست نگاه داریم دیگر احساس خاصی نخواهیم داشت و دمای لیوان ها با دمای بدن ما یکسان می شود.

این نمونه تجربه های به ظاهر ساده مصادیقی از قانون صفرم ترمودینامیک می باشند که معمولآ به اینصورت بیان می شود : "اگر A و B با جسم سومی مانند C در تعادل گرمایی باشند، حتمآ با یکدیگر نیز در تعادل خواهند بود
دقت کنید که این خاصیت اگر چه بنظر ساده می آید اما در تمام موارد یکسان نیست و حتی شاید به نوعی ابهام هم داشته باشد. بعنوان مثال دلیلی وجود ندارد، اگر آقای A، گربه C را دوست داشته باشد و آقای B هم این گربه را دوست داشته باشد، در آنصورت آقایان A و B به یکدیگر علاقه داشته باشند

قانون صفرم ترمودینامیک در واقع تاکیدی است بر وجود یک کمیت بنام دما که مقدار آن در سیستم های ترمودینامیکی در حال تعادل یکسان می باشد. مشابه این قانون اگرچه در فیزیک الکتریسیته تعریف خاصی شاید نداشته باشد وجود دارد. شما وقتی دو منبع با پتانسیل های مختلف الکتریکی را از طریق یک سیم هادی به یکدیگر متصل کنید و مدار بسته ای تشکیل دهید، جریان الکتریسیته آنقدر در مدار جاری خواهد بود - و تلف خواهد شد - تا پتانسیل دو منبع یکسان شود.

علت آنکه این قانون با شماره صفر مشخص می شود آن است که بسیار پایه ای بوده و نیز پس از گذشت سالها اسفتاده از سایر قوانین ترمودینامیک، در اوایل قرن بیستم به جمع قوانین ترمودینامیک پیوسته است

[RM]

rahelehr :از مدیریت محترم خواهش می كنم عنوان تاپیك را به ترمودینامیك(مهندسی شیمی و مكانیك،شیمی و فیزیك) تغییر دهند.چون متاسفانه فراموش كرده بودم فیزیك را نیز رشته هایی كه ترمودینامیك در آن نقش دارد ، اضافه كنم
با تشكر[/quote]

با تشكر از زحماتتون تو این انجمن تغیییر خواسته شده لحاظ شد.

[rahelehr]

با تشكر از لطف مدراتور محترم تالار
--------------------

راستش دیشب تو یه سایتی در مورد معنای لغوی ترمودینامیك اینطور خوندم :
در زبان یونانی Thermos به معنای "گرما و حرارت" و Dynamic به معنای "تغییرات" می باشد و لغتThermodynamic
بیانگر شاخه ای از علم فیزیک می باشد که به بررسی رفتار خواص کلی سیستم ها مانند فشار، دما، انرژی داخلی، حجم، آنتروپی و ... می پردازد

در ابتدای نوشته هام در این تاپیك از دینامیك به عنوان قدرت نام بردم كه البته این هم نقل قول از سایت معتبری بود

ولی من خودم معتقدم دینامیك از لغت حركت برگرفته شده .. و ترمودینامیك یعنی علم حرارت و حركت و تبدیل آن ها به همدیگر ....

[rahelehr]

قبل از صحبت از نوشتن از قوانین دیگر ترمودینامیك ـ كتابی رو براتون معرفی می كنم:

سي.پي. اسنو زماني گفت که ندانستن قانون دوم ترموديناميک مانند اين است که از شکسپير هرگز چيزي نخوانده باشيم. اما در حالي که بسياري از مردم قانون اول را که مي گويد«انرژي نه از ايجاد مي شود و نه از بين مي رود»، به خوبي درک مي کنند، اندک اند کساني که با قانون دوم که مي گويد« آنتروپي فقط افزايش مي يابد» ، آشنايي دارند. به هر حال، آنتروپي چيست و چرا بايد افزايش يابد؟ ما چه بخواهيم چگونگي کارکرد دستگاهي به سادگي يخچال را بفهميم و چه بخواهيم به سرنوشت عالم پي ببريم، نخست بايد مفاهيم انرژي و آنتروپي را درک کنيم
در کتاب ترموديناميک و عالم، مارتين و اينگه گلدشتاين قوانين ترموديناميک را براي علاقه مندان و نوآموزان علم بيان مي کنند. آنها نخست تاريخچِة ترموديناميک را به سرعت بيان مي کنند سپس نشان مي دهند که اين قوانين چگونه از نظريه اتمي ماده پيروي مي کنند و از کابردشان در پديده هاي گوناگوني مانند تابش نور از اجسام داغ، تشکيل الماس از گرافيت، حمل اکسيژن به وسيله خون، و تاريخچه زمين نمونه هايي مي آورند. نويسندگان نتيجه مي گيرند که قوانين انرژي حتي اگر همه چيز را درباره هر چيزي نگويند، در همه جا حضور دارند.
خوانندگان در همه سطوح از دانش آموزان تا علم پيشگان در اين کتاب با مطالب جالبي روبه رو خواهند شد... کتاب ترموديناميک و عالم شرحي بسيار خواندني و آموزنده از يک مبحث مشکل را در اختيار ما مي گذارد

تاليف: مارتين گلدشتاين، اينگه گلدشتاين

ترجمه: اختر رجبي

-----------------

از حضور دوستان در اینجا خوشحالم ... دوست دارم بچه های فیزیك هم بیان اینجا .. چون ترمودینامیك در خیلی از جاها مرزش با فیزیك بسیار نزدیك میشه:arrow:


امیدوارم سیزده بدر بهتون خوش بگذره :!:

[H A M E D]

در ابتدای نوشته هام در این تاپیك از دینامیك به عنوان قدرت نام بردم كه البته این هم نقل قول از سایت معتبری بود

ولی من خودم معتقدم دینامیك از لغت حركت برگرفته شده .. و ترمودینامیك یعنی علم حرارت و حركت و تبدیل آن ها به همدیگر ....

من احساس می كنم به قدرت نزدیكتر باشه اما حركت هم می تونه یاشه.

[rahelehr]

ارسالی توسط حامد

من احساس می كنم به قدرت نزدیكتر باشه اما حركت هم می تونه یاشه.

سلام
خوشحالم كه اینجا هستید
دوست دارم بیشتر در مورد تفكر شما در مورد ترمودینامیك بدونم .. چون شیمی و مهندسی شیمی دیدشون تقریبا یكی هست .. ولی شما از منظر دیگه ای نگاه می كنین
برام جالبه تفكرتون .. چون ما ترمودینامیك رو در شیمی فیزیك می خونیم وخیلی ها معتقدن یك شیمی فیزیكدان باید فیزیكدان خوبی باشه!
البته من معتقدم بیشتر باید شیمی دان خوبی باشه ..گرچه كه ما 10 واحد فیزیك و آزمایشگاه می گذرونیم ..
با یكی از دانش جویان دكترای شیمی فیزیك دانشگاه تورنتو كه دوره ی لیسانس رو در صنعتی شریف گذرونده بود صحبت می كردم ... شیمی فیزیك تئوری میخوند و برام جالب بود كه یك فیزیكدان، شیمی فیزیكدان بشه .. نمی دونم آیا ایران هم این امكان هست ؟ یا نه ...

موفق باشین

[H A M E D]

ارسالی توسط rahelehr

سلام
خوشحالم كه اینجا هستید
دوست دارم بیشتر در مورد تفكر شما در مورد ترمودینامیك بدونم .. چون شیمی و مهندسی شیمی دیدشون تقریبا یكی هست .. ولی شما از منظر دیگه ای نگاه می كنین
برام جالبه تفكرتون .. چون ما ترمودینامیك رو در شیمی فیزیك می خونیم وخیلی ها معتقدن یك شیمی فیزیكدان باید فیزیكدان خوبی باشه!
البته من معتقدم بیشتر باید شیمی دان خوبی باشه ..گرچه كه ما 10 واحد فیزیك و آزمایشگاه می گذرونیم ..
با یكی از دانش جویان دكترای شیمی فیزیك دانشگاه تورنتو كه دوره ی لیسانس رو در صنعتی شریف گذرونده بود صحبت می كردم ... شیمی فیزیك تئوری میخوند و برام جالب بود كه یك فیزیكدان، شیمی فیزیكدان بشه .. نمی دونم آیا ایران هم این امكان هست ؟ یا نه ...

موفق باشین

سلام
راستشو بخواین من رشته ی تحصیلیه دانشگاهیم الكترونیك بوده! اما خیلی زیاد به فیزیك علاقه مندم و همچنین شیمی!
من حتما عقایدمو در موردشون همینجا می زارم.
در ضمن از شما هم بایت تلاشتون خیلی تشكر می كنم.
:!:

[rahelehr]

قانون اول ترمودینامیک

مطالعه ترمودینامیک را مهندسین قرن نوزدهم آغاز کردند؛ آنها می خواستند بدانند قوانین فیزیک چه محدودیتهایی بر عملکرد ماشین های بخار و سایر ماشین های تولید کننده انرژی مکانیکی تحمیل می کنند. ترمودینامیک درباره تبدیل یک شکل انرژی به شکلی دیگر، به ویژه تبدیل گرما به سایر شکلهای انرژی بحث می کند. این کار با مطالعه روابط بین پارامترهای صرفا ماکروسکوپی صورت می گیرد که رفتار سیستمهای فیزیکی را توصیف می کنند. این گونه توصیف ماکروسکوپی (و در مقیاس بزرگ)، لزوما تا حدی خام است، چرا که همه جزئیات کوچک مقیاس و میکروسکوپی را نادیده می گیرد. اما در کاربردهای عملی، این جزئیات اغلب مهم نیستند. برای مثال، مهندسی که رفتارهای گازهای حاصل از احتراق را در سیلندر یک موتور اتومبیل بررسی می کند می تواند با کمیتهای ماکروسکوپی همچون دما، فشار، چگالی و ظرفیت حرارتی کار خود را پیش ببرد.

در واقع دانشمندان به دنبال یافتن پاسخ این پرسش بودند که آیا می توان ماشینی به طور دائمی کار مکانیکی انجام دهد. آنها مدتها بر روی این موضوع تحقیق کردند و تعدادی از محققین نیز طرحهایی برای این کار پیشنهاد نمودند. شکل زیر یکی از این طرحها را نشان می دهد. هدف این بود که ابزار ساخته شده بدون مصرف هیچ گونه سوخت یا هر گونه انرژی ورودی دیگر، کار خروجی بی پایانی را تامین کند. در شکل میله های کوتاه لولا شده، که به میخ ها تکیه دارند، وزنه ها را به چرخ متصل می کنند. وقتی میله ها در وضعیت نشان داده شده هستند، عدم توازنی در توزیع وزن وجود دارد که موجب ایجاد یک گشتاور ساعتگرد خواهد شد که چرخ را در جهت نشان داده شده می چرخاند. طراح می پنداشت این گشتاور همیشگی است و نه تنها چرخش چرخ را حفظ می کند، بلکه به طور دائمی به محور آن انرژی می دهد. اما آنچه در عمل اتفاق می افتد اینست که پس از یک دور چرخیدن، جرم ها در یک وضعیت متعادل باقی می مانند و حرکت متوقف می شود.


در این راه کوششهای فراوانی صورت گرفت؛ در شکلهای زیر می توانید نمونه هایی از طرحهای پیشنهادی را ببینید




آیا می توانید بگویید چرا این ماشینها کارایی عملی ندارند؟
‌ یافته های حاصل از آزمایشان نشان داد که ساختن چنین ماشینی غیر ممکن است. قانون اول ترمودینامیک نیز چیزی نیست، مگر بیان همین بقای انرژی.
اگر تنها راه تغییر دادن انرژی یک دستگاه، انجام دادن کار روی دستگاه و یا واداشتن دستگاه به انجام کار بود، مسئله ساده بود. هر کاری که روی دستگاه انجام می دادیم در نهایت به صورت انرژی مکانیکی پس گرفته می شد. دادن گرما به دستگاه هم سبب بالا رفتن دمای آن می شود و وقتی جسم به دمای اولیه اش بازمی گشت، گرمایی را که قبلا گرفته بود عینا پس می داد. به این ترتیب می شد از نوعی انرژی مکانیکی داخلی دستگاه سخن گفت که عبارت بود از جمع جبری کار انجام یافته به وسیله دستگاه و کار انجام شده روی آن؛ در کنار آن دستگاه دارای یک محتوای گرمایی بود، که از جمع جبری گرمای داده شده به دستگاه و گرمای گرفته شده از آن محاسبه می گردید.
آزمایش ژول نشان داد که این تئوری نادرست است. دمای یک جسم را می شد با انجام دادن کار روی آن تغییر داد؛ یک جسم می توانست گرما بگیرد (مثلا ماشین بخار) و کار مکانیکی انجام دهد. به این ترتیب معلوم شد که نمی توان از گرمایی که در مقدار معینی ماده وجود دارد و یا از انرژی مکانیکی آن به صورت جدا از هم سخن گفت. جسم فقط دارای یک مخزن انرژی است، که آن را "انرژی داخلی" می نامیم.
هم کار مکانیکی و هم گرما در این مخزن سهیم اند؛ برداشت انرژی از این مخزن می تواند به صورت کار مکانیکی و یا گرما باشد. این، قانون اول ترمودینامیک است:

هر گاه فرآیندی را که با گرما و کار سر و کار دارد به کار گیریم تا دستگاهی را از یک حالت آغازین به یک حالت جدید برسانیم، تغییر انرژی درونی سیستم مقدار ثابتی دارد که مستقل از جزئیات فرآیند است.

تغییرات انرژی درونی برابر مجموع کار انجام شده بر روی سیستم و گرمای داده شده به آن می باشد. به عبارت دیگر اگر تغییرات انرژی درونی را با (Δu)، کار انجام شده بر روی سیستم را با (w) و گرمای داده شده به آن را با (Q) نشان دهیم، خواهیم داشت: Q+W=Δu


اما توجه کنید که مقدار کار یا میزان گرما به جزئیات و مسیر فرآیند وابسته اند.
ادامه در پست بعدی